Kỹ thuật điện tử cơ bản - Trường Cao đẳng Xây dựng TP. HCM Phần 1

Maganin

0,5

0,00005

1200

8,4

Hợp chất gồm:

- 80% đồng

- 12% mangan

- 2% nic ken

Dây điện trở

Contantan

0,5

0,000005

1270

8,9

Hợp chất gồm:

- 60% đồng

- # 40% nic ken

- # 1%

Mangan

Dây điện trở nung nóng

Niken - Crôm

1,1

0,00015

1400

(nhiệt độ làm việc: 900)

8,2

Hợp chất gồm:

- 67% Nicken

- 16% săt

- 15% crôm

-1,5% mangan

- Dùng làm dây đốt nóng (dây mỏ hàn, dây bếp điện, dây bàn là)

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 114 trang tài liệu này.

- Các đặc tính của vật liệu cách điện .

- Độ bền về điện.

- Nhiệt độ chịu đựng.

- Hằng số điện môi.

- Góc tổn hao.

- Tỉ trọng.

Các thông số và phạm vi ứng dụng được trình bày ở (Bảng 1-2)

Bảng 1-2. Vật liệu cách điện

Tên vật liệu	Độ bền về điện (kV/mm)	t0C chịu đựng	Hằng số điện môi	Góc tổn hao	Tỷ trọng	Đặc điểm	Phạm vi ứng dụng
1	Mi ca	50-100	600	6-8	0,0004	2,8	Tách được thành từng mảnh rất mỏng	- Dùng trong tụ điện - Dùng làm vật cách điện trong thiết bị nung nóng (VD:bàn là)
2	Sứ	20-28	1500-1700	6-7	0,03	2,5		- Giá đỡ cách điện cho đường dây dẫn - Dùng trong tụ điện, đế đèn, cốt cuộn dây
3	Thuỷ tinh	20-30	500-1700	4-10	0,0005-0,001	2,2-4
4	Gốm	không chịu được điện áp cao	không chịu được nhiệt độ lớn	1700-4500	0,02-0,03	4	- Kích thước nhỏ nhưng điện dung lớn	- Dùng trong tụ điện
5	Bakêlit	10-40		4-4,6	0,05-0,12	1,2
6	Êbônit	20-30	50-60	2,7-3	0,01-0,015	1,2-1,4
7	Pretspan	9-12	100	3-4	0,15	1,6		Dùng làm cốt biến áp
8	Giấy làm tụ điện	20	100	3,5	0,01	1-1,2		Dùng trong tụ điện
9	Cao su	20	55	3	0,15	1,6		- Làm vỏ bọc dây dẫn - Làm tấm cách điện
	Lụa cách điện	8-60	105	3,8-4,5	0,04-0,08	1,5		Dùng trong biến áp
	Sáp	20-25	65	2,5	0,0002	0,95		Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm
	Paraphin	20-30	49-55		1,9-2,2			Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm
	Nhựa thông	10-15	60-70	3,5	0,01	1,1		- Dùng làm sạch mối hàn - Hỗn hợp paraphin và nhựa thông dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm
	Êpoxi	18-20	1460	3,7-3,9	0,013	1,1-1,2		Hàn gắn các bộ kiện điện-điện tử
	Các loại plastic (polyetylen, polyclovinin)							Dùng làm chất cách điện

2. Điện trở cách điện của linh kiện và mạch điện tử

Mục tiêu:

- Trình bầy được điện trở cách điện của linh kiện điện tử, của mạch điện

- Giải thích được thông số ghi trên thân linh kiện điện tử

Điện trở cách điện của linh kiện là điện áp lớn nhất cho phép đặt trên linh kiện mà linh kiện không bị đánh thủng (phóng điện).

Các linh kiện có giá trị điện áp ghi trên thân linh kiện kèm theo các đại lượng đặc trưng.

Ví dụ: Tụ điện được ghi trên thân như sau: 47/25vV, có nghĩa là giá trị điện dung của tụ là 47 và điện áp lớn nhất có thể chịu đựng được không quá 25v.

Các linh kiện không ghi giá trị điện áp trên thân thường có tác dụng cho dòng điện một chiều (DC) và xoay chiều (AC) đi qua nên điện áp đánh thủng có tương quan với dòng điện nên thường được ghi bằng công suất.

Ví dụ: Điện trở được ghi trên thân như sau: 100/ 2W Có nghĩa là giá trị là 100 và công suất chịu đựng trên điện trở là 2W

Các linh kiện bán dẫn do các thông số kỹ thuật rất nhiều và kích thước lại nhỏ nên các thông số kỹ thuật được ghi trong bảng tra mà không ghi trên thân nên muốn xác định điện trở cách điện cần phải tra bảng.

Điện trở cách điện của mạch điện là điện áp lớn nhất cho phép giữa hai mạch dẫn đặt gần nhau mà không sảy ra hiện tượng phóng điện, hay dẫn điện. Trong thực tế khi thiết kế mạch điện có điện áp càng cao thì khoảng cách giữa các mạch điện càng lớn. Trong sửa chữa thường không quan tâm đến yếu tố này tuy nhiên khi mạch điện bị ẩm ướt, bị bụi ẩm... thì cần quan tâm đến yếu tố này để tránh tình trạng mạch bị dẫn điện do yếu tố môi trường.

3. Các hạt mang điện và dòng điện trong các môi trường

Mục tiêu:

Trình bầy được nội dung các hạt mang điện và dòng điện trong các môi

trường .

3.1. Khái niệm hạt mang điện

Hạt mang điện là phần tử cơ bản nhỏ nhất của vật chất mà có mang điện gọi là điện tích, nói cách khác đó là các hạt cơ sở của vật chất mà có tác dụng với các lực điện trường, từ trường.

Trong kỹ thuật tuỳ vào môi trường mà tồn tại các loại hạt mang điện khác nhau, Chúng bao gồm các loại hạt mang điện chính sau:

- e-- (electron) : Là các điện tích nằm ở lớp vỏ của nguyên tử cấu tạo nên vật chất, khi nằm ở lớp vỏ ngoài cùng lực liên kết giữa vỏ và hạt nhân yếu dễ bứt ra khỏi nguyên tử để tạo thành các hạt mang điện ở trạng thái tự do dễ dàng di chuyển trong môi trường.

- ion+ : Là các nguyên tử cấu tạo nên vật chất khi mất điện tử ở lớp ngoài cùng chúng có xu hướng lấy thêm điện tử để trở về trạng thái trung hoà về điện nên dễ dàng chịu tác dụng của lực điện, nếu ở trạng thái tự do thì dễ dàng di chuyển trong môi trường.

- ion-- : Là các nguyên tử cấu tạo nên vật chất khi thừa điện tử ở lớp ngoài cùng chúng có xu hướng cho bớt điện tử để trở về trạng thái trung hoà về điện nên dễ bị tác dụng của các lực điện, nếu ở trạng thái tự do thì chúng dễ dàng chuyển động trong môi trường.

3.2 Dòng điện trong các môi trường

Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện dưới tác dụng của điện trường ngoài.

a. Dòng điện trong kim loại: Do kim loại ở thể rắn cấu trúc mạng tinh thể bền vững nên các nguyên tử kim loại liên kết bền vững, chỉ có các e-ở trạng thái tự do. Khi có điện trừơng ngoài tác động các e-sẽ chuyển động dưới tác tác dụng của lực điện trường để tạo thành dòng điện.

Vậy: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển động có hướng của các e- dưới tác dụng của điện trường ngoài.

Trong kĩ thuật điện người ta qui ước chiều của dòng điện là chiều chuyển động của các hạt mang điện dương nên dòng điện trong kim loại thực tế ngược với chiều của dòng điện qui ước.

b. Dòng điện trong chất điện phân

Chất điện phân là chất ở dạng dung dịch có khả năng dẫn điện được gọi là chất điện phân. Trong thực tế chất điện phân thường là các dung dịch muối, axit, bazơ.

Khi ở dạng dung dịch (hoà tan vào nước) chúng dễ dàng tách ra thành các ion trái dấu. Vi dụ: Phân tử NaCl khi hoà tan trong nước chúng tách ra thành Na+ và Cl- riêng rẽ. Quá trình này gọi là sự phân li của phân tử hoà tan trong dung dịch.

Khi không có điện trường ngoài các ion chuyển động hỗn loạn trong dung dịch gọi là chuyển động nhiệt tự do. Khi có điện trường một chiều ngoài bằng cách

cho hai điện cực vào trong bình điện phân các ion chịu tác dụng của lực điện chuyển động có hướng tạo thành dòng điện hình thành nên dòng điện trong chất điện phân. Sơ đồ mô tả hoạt động được trình bày ở (hình 1-2)

Hình 1-2. Dòng điện trong chất điện phân

Các ion+ chuyển động cùng chiều điện trường để về cực âm, các ion- chuyển động ngược chiều điện trưòng về cực dương và bám vào bản cực. Lợi dụng tính chất này của chất điện phân mà trong thực tế người ta dùng để mạ kim loại, đúc kim loại.

Vậy: Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương và âm dưới tác dụng của điện trường ngoài.

c. Dòng điện trong chất khí

Chất khí là hỗn hợp nhiều loại nguyên tử hay phân tử khí kết hợp tồn tại trong môi trường,ở trạng thái bình thường các nguyên tử, phân tử trung hoà về điện. Vì vậy chất khí là điện môi.

Để chất khí trở thành các hạt mang điện người ta dùng nguồn năng lượng từ bên ngoài tác động lên chất khí như đốt nóng hoặc bức xạ bằng tia tử ngoại hoặc tia Rơn ghen . Một số nguyên tử hoặc phân tử khí mất điện tử ở lớp ngoài trở thành điện tử tự do và các nguyên tử hoặc phân tử mất điện tử trở thành các ion+ , đồng thời các điện tử tự do có thể liên kết với các nguyên tử hoặc phân tử trung hoà để trở thành các ion- . Như vậy lúc này trong môi trường khí sẽ tồn tại các thành phần nguyên tử hoặc phân tử khí trung hoà về điện, ion+ , ion- . Lúc này chất khí được gọi đã bị ion hoá.

Khi không có điện trường ngoài các hạt mang điện chuyển động tự do hỗn loạn gọi là chuyển động nhiệt không xuất hiện dòng điện.

Khi có điện trường ngoài đủ lớn các ion và điện tử tự do chịu tác dụng của điện trường ngoài tạo thành dòng điện gọi là sự phóng điện trong chất khí.

(hình 1-3)

Vậy: Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương, âm và các điện tử tự do, dưới tác dụng của điện trường ngoài.

Hình 1-3. Sơ đồ mô tả thí nghiệm dòng điện trong chất khí.

Ở áp suất thấp chất khí dễ bị ion hoá để tạo thành dòng điện gọi là dòng điện trong khí kém. Trong kĩ thuật ứng dụng tính chất dẫn điện trong khí kém mà người ta chế tạo nên đèn neon và một só loại đèn khác, đặc biệt trong kĩ thuật điện tử người ta chế tạo ra các đèn chống đại cao áp ở các nơi có điện áp cao gọi là (spac).

d. Dòng điện trong chân không

Chân không là môi trường hoàn toàn không có nguyên tử khí hoặc phân tử khí có nghĩa áp suất không khí trong môi trường = 0 at (at : atmôt phe là đơn vị đo lường của áp suất). Trong thực tế không thể tạo ra được môi trường chân không lí tưởng. Môi trường chân không thực tế có áp suất khoảng 0,001 at, lúc này số lượng nguyên tử, phân tử khí trong môi trường còn rất ít có thể chuyển động tự do trong môi trường mà không sảy ra sự va chạm lẫn nhau. Để tạo ra được môI trường này trong thực tế người ta hút chân không của một bình kín nào đó, bên trong đặt sẵn hai bản cực gọi là Anod và katot.

Khi đặt một điện áp bất kì vào hai cực thì không có dòng điện đi qua vì môi trường chân không là môi trường cách điện lí tưởng.

Khi sưởi nóng catôt bằng một nguồn điện bên ngoài thì trên bề mặt catôt xuất hiện các e- bức xạ từ catôt.

Khi đặt một điện áp một chiều (DC) tương đối lớn khoảng vài trăm votl vào hai cực của bình chân không. Với điện áp âm đặt vào Anod và điện áp Dương đặt vào catôt thì không xuất hiện dòng điện.

Khi đổi chiều đặt điện áp; Dương đặt vào Anod và Âm đặt vào catôt thì xuất hiện dòn điện đi qua môi trường chân không trong bình. Ta nói đã có dòng điện trong môi trường chân không đó là các e- bức xạ từ catôt di chuyển ngược chiều điện trường về Anod.

Vậy: Dòng điện trong môI trường chân không là dòng chuyển dời có hường của các e- dưới tác dụng của điện trường ngoài.

Trong kĩ thuật, dòng điện trong chân không được ứng dụng để chế tạo ra các đèn điện tử chân không, hiện nay với sự xuất hiện cả linh kiện bán dẫn đèn điện tử chân không trở nên lạc hậu do cồng kềnh dễ vỡ khi rung sóc va đập, tổn hao công suất lớn, điện áp làm việc cao. Tuy nhiên trong một số mạch điện có công suất cực lớn, tổng trở làm việc cao,hay cần được phát sáng trong qua trình làm việc thì vẫ phải dùng đèn điện tử chân không. Như đèn hinh, đèn công suất.

e. Dòng điện trong chất bán dẫn

Chất bán dẫn là chất nằm giữa chất cách điện và chất dẫn điện, cấu trúc nguyên tử có bốn điện tử ở lớp ngoài cùng nên dễ liên kết với nhau tạo thành cấu trúc bền vững. Đồng thời cũng dễ phá vỡ dưới tác dụng nhiệt để tạo thành các hạt mang điện.

Khi bị phá vỡ các mối liên kết, chúng trở thành các hạt mang điện dương do thiếu điện tử ở lớp ngoài cùng gọi là lỗ trống. Các điện tử ở lớp vỏ dễ dàng bứt khỏi nguyên tử để trở thành các điện tử tự do.

Khi đặt điện trường ngoài lên chất bán dẫn các e- chuyển động ngược chiều điện trường, Các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường để tạo thành dòng điện trong chất bán dẫn.

Vậy: Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có hường của các e- và các lỗ trống dưới tác dụng của điện trường ngoài.

Chất bán dẫn được trình bày ở trên được gọi là chất bán dẫn thuần không được ứng dụng trong kĩ thuật vì phải có các điều kiện kèm theo như nhiệt độ điện áp... khi chế tạo linh kiện. Trong thực tế để chế tạo linh kiện bán dẫn người ta dùng chất bán dẫn pha thêm các chất khác gọi là tạp chất để tạo thành chất bán dẫn loại P và loại N

Chất bán dẫn loại P là chất bán dẫn mà dòng điện chủ yếu trong chất bán dẫn là các lỗ trống nhờ chúng được pha thêm vào các chất có 3 e- ở lớp ngoài cùng nên chúng thiếu điện tử trong mối liên kết hoá trị tạo thành lỗ trống trong cấu trúc tinh thể.

Chất bán dẫn loại N là chất bán dẫn mà dòng điện chủ yếu là các e- nhờ được pha thêm các tạp chất có 5 e- ở lớp ngoài cùng nên chúng thừa điện tử trong mối